王英楠牛毛沟水库泄洪闸设计

王英楠牛毛沟水库泄洪闸设计 牛毛沟水库位于肇州、肇源两县交界处,牛毛沟水库泄洪闸位于松花江河漫滩之 上,主体工程为钢筋混凝土结构.原泄洪闸不能满足泄流要求,须拆除后新建泄洪闸一 座,该闸用于将上游多余洪水排到松花江.新泄洪闸闸址位于距原闸址130m处,轴线与原闸轴线平行.底坎高程124.00m ,新闸采用开敞式泄洪闸钢筋混凝土结构,由进口段、消力池和海漫段组成.进口段,平面上布置为梯形,从宽9.5m渐变到7.0m,长10m.闸室段采用两孔,中墩厚1.0m,闸室段长11.35m,闸室底板高程为124.00m,上设工作桥,交通桥.消力池采用扩散式消力池,宽度从7.0m扩散到12.10m,池深1.0m.海漫段长18.3m,与渠道衔接.设计情况下,上游水位126.70m,相应下游水位125.72m,相应流 33msms量28；校核情况下,上游水位127.15m,相应下游水位126.31m,相应流量47. 水闸；挡土墙；钢筋混凝土；海漫 I Abstract The ox hair ditch reservoir is located, initiates source twocounties, the ox hair ditch reservoir floodgate is locatedthe Songhua River above, principal part of a project forreinforced concrete structure The original floodgate cannotsatisfiedly release will flow the request, after must demolish newlybuilt floodgate, this floodgate will use in upstream the unnecessaryflood to arrange to the Songhua River The new floodgate floodgatesite is located is apart from original floodgate site 130m place,spool thread and original floodgate spool thread parallel Bottomridge elevation 124.00m, the new floodgate uses the opeing wide -likefloodgate reinforced concrete structure, by, andthe sea inundates the section to be composed, in the planethe arrangement is a trapezoid, lenient 9.5m changes gradually 7.0m,long 10m. The brake chamber section uses two, center pillar thick1.0m, brake chamber section chief 11.35m, the brake chamber ledgerwall elevation is 124.00m, on supposes the work bridge, thetransportation bridge uses the proliferation type, the width proliferates from 7.0m to 12.10m, pond deep 1.0m.The sea inundates section chief 18.3m, links up with the channel Indesign situation, upstream water level 126.70m, correspondingdownriver water level 125.72m, corresponding current capacity 28; Inexamination situation, upstream water level 127.15m, correspondingdownriver water level 126.31m, corresponding current capacity 47. Key word Dam; bulkhead; Reinforced concreeste; The sea inundat II 目录 摘要 ..................................................................... I Abstract ................................................................ II 1.前言 ................................................................... 1 1.1工程概况 ............................................................ 1 1.2水文气象资料 ........................................................ 1 1.3地质条件 ............................................................ 4 2.总体布置 ............................................................... 5 2.1闸址的选择 .......................................................... 5 2.2 进出口连接段布置 .................................................... 5 2.3堰型选择 ............................................................ 6 3.水闸的水力计算 ......................................................... 6 3.1过流能力计算 ........................................................ 6 3.1.1堰顶高程的确定 .................................................. 6 3.1.2水流形态的判别 .................................................. 7 3.2消能防冲设计 ........................................................ 8 3.2.1消力池计算 ...................................................... 9 3.2.2海漫长度计算 ................................................... 10 3.2.3防冲槽设计 ..................................................... 11 3.3闸室布置 ........................................................... 11 3.3.1底板 ........................................................... 11 3.3.2闸门 ........................................................... 11 3.3.3工作桥及交通桥 ................................................. 12 3.4防渗排水设计 ....................................................... 12 3.4.1渗流计算 ....................................................... 12 3.4.2防渗排水设施 ................................................... 13 3.4.3止水设施 ....................................................... 14 4.闸室稳定计算 .......................................................... 14 4.1闸室基底压力计算 ................................................... 15 4.1.1完建无水情况下荷载组合 ......................................... 15 4.1.2设计洪水位情况荷载组合 ......................................... 17 4.2 抗滑稳定验算 ....................................................... 20 5.侧墙稳定计算 .......................................................... 20 5.1地基处理 ........................................................... 21 5.1.1地基处理的目的 ................................................. 21 I 5.2建成无水情况，基底压力计算 ......................................... 21 5.3侧墙抗倾计算 ....................................................... 25 结论 .................................................................... 27 参考文献 ................................................................ 28 致谢 .................................................................... 29 II 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 1.1工程概况 2牛毛沟水库位于肇州、肇源两县交界处,距望海闸约8.8km,控制面积1639 ，km 3水库总容积为0.95亿,是一座中型水库.该区为河漫滩二阶台地,区内多泡沼,位于m 安达盐碱地区南部边缘地带,盐碱土占半数以上.区内干旱、风砂盐碱等自然灾害严重 影响农牧业生产和发展.工程范围西起嫩江红土山,东到松花江三站附近,北接蒙古大 2草原,南以古龙、肇源、三站公路为界,总面积为5300.其中耕地172万亩,草原km 286万亩,泡沼337万亩,总人口41.8万人,居民中蒙古族较多.区内以农业为主,种植玉米、高粱、谷子、大豆、小麦等,由于受自然灾害的影响,农业上单产不高,总产不稳,粮食平均亩产仅140斤.随着大庆油田的开发,陆续在本区发现储油构造并进行开 采.该水库现有泄洪闸一座，钢筋混凝土结构，闸孔宽4.0m ,底坎高程124m,可通过流 33msms量24，经调节计算，不能满足泄流要求,需新建泄洪闸一座，最大过流量47，设计水位126.70m． 南引水库的洪水自革新闸下泄到牛毛沟水库,经牛毛沟泄洪闸下泄到松花江，新闸 闸址处于松花江河漫滩之上，地势平缓低洼，距原泄洪闸约130m.闸基座于低液限粉 ,,R土中，其地基主要持力层为低液限粉土及其有机质低液限粘土夹层,容许承载力分别为130KPa、80KPa，基础底板与低液限粘土的摩擦系数f=0.25. 1.2水文气象资料 安达气象站位于南引水库附近,地形条件与水库相似,资料系列较长.根据此站计算的多年平均降水量为426mm,本地区降水年内分配极不均匀,大部分降水集中在6－9 008053月,降水量约占全年的,其中7-8月份降水量约占全年的. 00 多年平均年蒸发量为1620mm,大部分集中在4-10月份,为1458mm,占全年的 009014,5月份为全年最大值,占全年的,其次为6、7月份. 00 1 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 年平均气温3.3?,最高气温出现在7月份,月平均气温22.9?,极端最高气温38.2?；最低气温在1月份,月平均气温为-19.8?,极端低气温-37.2?. 无霜期为140天,初霜在9月底,终霜在5月初,年平均日照时数为2841h. 年平均风速,最大风速,风向NW,发生在8月份,最多风向SSW. 4.0ms40ms A结冰期为11月中旬至翌年4月中旬,最大冻土深2.14m.气象特征值见表1－1. 表1-1 气象特征值统计表 项单位 月份 年 目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平? -19.-15.-5.6 5.6 14.0 20.0 22.9 21.0 14.3 5.1 -6.8 -16.3.3 均8 8 6 气 温 平? -13.-8.4 1.3 12.6 20.7 26.0 28.1 26.5 20.5 11.4 -0.7 -10.9.6 均1 6 最 高 气 温 平? -25.-22.-12.-1.1 6.9 13.8 18.0 15.9 8.9 -0.3 -11.-21.-2.5 均4 1 1 7 5 最 低 气 温 日? 12.3 13.7 13.4 13.7 13.8 12.2 10.1 10.6 11.6 11.7 11.0 10.9 12.1 较 2 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 差 平Mb 1.0 1.3 2.2 4.2 7.4 14.3 20.1 18.1 11.1 5.5 2.6 1.3 7.4 均 水 汽 压 平％ 71 66 54 47 49 63 74 74 68 61 65 70 64 均 相 对 温 度 降mm 1.5 2.5 5.2 15.3 33.1 60.7 130.95.9 55.4 16.5 6.0 3.1 426.1 雨9 量 蒸mm 9.6 21.7 81.0 196.3065 272.228.196.154.104.37.5 11.6 1619.发3 4 7 2 0 0 5 量 日小时 192.209.265.257.284.282.265.265.246.221.186.165.2841.照3 9 0 5 3 2 9 9 1 2 1 0 2 时 数 3.3 3.6 4.4 5.3 5.1 3.9 3.5 3.2 3.7 4.2 4.0 3.5 4.0 平ms 均 风 速 最风速 16 16 24 34 28 20 20 40 28 24 24 24 40 大 3 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 风 速 及 风 向 风向 NW NW NW S SW NE SSW NW SSW WSW NNW N NW 238 日期 11 27 23 27 16.113 18 23 1 21 7.11 24 4 年份 1957 1955 1965 1963 1962 63 62 63 64 64 63 63 63 最风向 NW NW NW SSW SSW SSW S S SSW SSW SSW SW SSW 多 NW SSW SSW 风 向、 频 率 频率 12 13 12 12 11 11 10 9 11 14 12 12 10 最cm 167 199 214 214 213 208 12 63 120 214 大 冻 土 深 1.3地质条件 根据钻孔揭露岩性自上而下为: 低液限粘土:黑褐色,分布连续,厚度在0.50m～4.00m,层顶面高程124.33m～125.77m,局部被填筑土所覆盖,含有机质低液限粘土夹层,层顶面高层121.77m～ ,,R123.83m. 容许承载力=130KPa. 4 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 含细粒土细砂:灰色,饱和,松散.局部分布于低液限粘土层之下,层厚2.40m,层顶面高程121.23m. 容许承载力,,=80KPa. R 级配不良细砂:灰色,饱和,松散.分布连续,层顶面高程119.27～121.23,局部含含砂低液限粉土夹层. 容许承载力,,=90KPa. R 建筑物区分布地下水主要为第四系孔隙潜水,勘探期间地下水位高程122.48m～123.63m. 2.总体布置 2.1闸址的选择 闸址应尽可能选择在土质均匀密实、压缩性小的天然地基上,避免采用人工地基.应将闸址选在治涝区最低处至承泄区最短的排水渠道上,闸址处的地面高程宜较低,以求泄水快速顺畅,造价低.闸的位置应使进闸和出闸水流比较均匀和平顺，闸前和闸 后应尽量留有较好的顺直河段.闸址选择应避开其上、下游可能产生有害的冲刷和泥 沙淤积的地方.闸址附近应具有较好的施工导流条件,并要求有足够宽阔的施工场地 和有利的交通运输条件.还应考虑水闸建成后便于管理运用和防汛抢险.经综合考虑牛毛沟泄洪闸选择在距原闸址130m处,闸轴线与原水闸轴线平行. 2.2 进出口连接段布置 上游段包括渠底部分的铺盖、护底和上游防冲槽,以及两岸连接部分的翼墙和护 坡.上游进口段采用八字墙,坡度为1:3,为使上游翼墙形成良好的收缩条件,引导水流平顺地进闸,并起挡土、防冲和防止侧向绕渗,扩散角设为7?,侧墙厚0.3m,采用钢筋混凝土铺盖,位置紧靠闸室底板,在铺盖前、后端均设钢筋混凝土结构的防冲齿墙,除起防渗用还起防冲作用.铺盖顶部高程123.5m,厚度0.8m.下游段包括闸下河床部分的 护坦、海漫和防冲槽,以及两岸的护坡两大部分,下游翼墙顺水流方向长度与消力池全 长相等,采用八字翼墙,其扩散角为10?,上下游均对称布置. 水闸刚建成后，由于上 下游的水位差，在闸基及边墩和翼墙的背水一侧产生集中渗流，要做好防渗、排水设 5 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 施的构造，在稍高于地面的边墙上应设置排水孔，减小水流对底板产生的渗透压力， 增加闸室的抗滑稳定性。上下游与闸室底板连接处均采用铜片止水. 2.3堰型选择 水闸常用的堰型有宽顶堰与实用堰两类.宽顶堰的流量系数虽然较小,但构造简单,施工方便,适用于广大灌区内建筑物众多、技术力量分散的情况.所以在灌排系统内的水闸,一般都采用宽顶堰的底板型式. 当上、下游渠底高差较大,必须限制单宽流量时,可考虑采用实用堰.有时地面表层土质松软,需将闸底高程降低,使底板置于较深的密实土层上,也可采用实用堰.有拦沙要求的水闸,当然可以采用实用堰.水闸底板采用的实用堰,多为低堰.经考虑牛毛沟水库泄洪闸采用宽顶堰. 3.水闸的水力计算 水力计算主要包括:?过流能力计算,以满足泄流或控制水位的要求；?消能 防冲计算,确定消能防冲设施,以保证在可能发生冲刷的情况下,水闸不致产生危险的冲刷. 3.1过流能力计算 设计闸孔时,首先应选定闸孔和底板的型式，进而选定堰顶高程,最后根据上、下游水位及过闸流量,决定闸孔净宽和空数. 底板采用宽顶堰，闸门采用平板闸门. 3.1.1堰顶高程的确定 堰顶高程选定得是否适当，对闸的稳定与闸孔尺寸的大小有很大影响。堰顶 高程定得低一些，可以缩小闸孔宽度，并且有利于泄流。但若定得过低，就会增 加闸身和两岸连接物的高度，增加闸门的挡水高度，也会增加施工困难，因而提 高了。因此，将堰顶高程定为124.00m。 6 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 3.1.2水流形态的判别 H,0.8H当时,过闸水流为自由出流；反之，为淹没出流. s0 计算闸孔宽度时,由于闸的上、下游水位和流量都是随着时间的变化而有所不同,上下游水位差最小时,取水流量不一定为最大值.故在确定闸孔宽度时,须选定几个计算情况,作为推求最大闸孔尺寸的依据. 设计洪水情况下： 3ms上游水位为126.70m，相应的下游水位为125.72m，流量为28，上游底板高程123.5m，下游底板高程124.00m． H,126.70,123.5,3.2m上游水位 上 H,125.72,124,1.72m下游水位 s HH,1.723.2,0.54,0.8 s上 则过闸水流为自由出流． 0.5P3,3,3.2H m,0.32，0.01,0.32，0.01,0.37P0.50.46，0.750.46，0.75H3.2 查得 ,,0.835 3Q2Q,,mB2gH由过流能力计算公式得，＝,B32,m2gH 28＝3.58m 32，，0.835，0.37，2，9.8，3.2 校核洪水情况下 7 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 3ms上游水位为127.15m，相应的下游水位为126.31m，流量为47， H,127.15,123.5,3.65m上游水位， 上 H,126.31,124.0,2.31m下游水位， s HH,2.313.65,0.63,0.8， s上 则过闸水流为自由出流 m=0.37，， ,,0.835 由过流能力计算公式 347Q2得，=＝4.93m， Q,,mB2gH,B3322，，0.835，0.37，2，9.8，3.65,m2gH 设计两孔，取每孔净宽3m. ——闸孔总净宽度m； B m——流量系数； ,——侧面收缩系数； ——堰上水深m． H 3.2消能防冲设计 水流经过水闸流向下游时,可能具有较大的上下游水位差,同时闸孔宽度都小于上、下游渠宽,使过闸流量比较集中,单宽流量加大.具有很大的动能,若不采取适当的消能防冲措施,势必冲刷下游河道,甚至威胁闸的安全.水闸的消能方式有挑流式、底流式和面流式三种.牛毛沟泄洪闸采用挖深式消力池,采用底流式消能.消能防冲设施 8 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 主要由消力池、海漫和防冲槽等部分组成.消力池布置在闸室下游,利用底流水跃进行消能, 海漫紧接消力池，在海漫末端设防冲槽. 3.2.1消力池计算 3.2.1.1 池深的确定 因校核洪水位时最不利，所以以校核洪水位作为设计条件， h用试算法求． c v由于原河床中水流行近流速接近于零，可以忽略不计，所以令0 T,T,127.15,124.00,3.15m 0 223Q477.83qm取,,0.85，，令 q,,,7.83,,,4.33,22m,sB622，9.8，0.85g, ,4.33h,1.019,,,3.15,,1.02经试算，当时，由公式m hTc022c1.019hc 22,,,,hq8,1.0198，1，7.83,c,,,,1，,1,，1，,1,3.031H,2.31h=m >m ,Sc33,,,,229.8，1.019ghc,,,,故需设置消力池． ,d,,,h,h,1.05，3.031,2.31取， =0.873m，取消力池池深为１m. ,,1.051cs T则＝ｍ， T,127.15,124，1,4.150 ——跃前断面处单宽流量； q h——跃前水深； c 9 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 ,——跃后水深； hc T——以跃前断面处消能池底水平面为基准面的水闸上游总水头； 0 ——流速系数． , 3.2.1.2池长的计算 ,,,自由水跃长度m ，，L,6.9h,h,6.9，3.25,0.924,16.05,,jcc,, 取消力池陡坡段坡度为1：3 L,3则斜坡段水平投影长度ｍ， S L,L，,L,3，0.7，16.05,14.235消力池长度m，取池长15m． sjsj 采用扩散式消力池，扩散角?，消力池从7m渐变到12m.． 10 3.2.1.3 护坦厚度 t,kq,H,0.175，7.83，127.15,126.31,0.47m． 1 ——护坦上的单宽流量； q ——泄放相应于上述单宽流量时的上下游水位差； ,H k——经验系数； 1 3.2.2海漫长度计算 水流经过消力池,虽已消除了大部分多余能量,但仍留有一定的剩余动能,特别是 流速分布不均匀,脉动仍较剧烈,具有一定的冲刷能力.因此,护坦后仍需设置海漫等 10 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 防冲加固措施,以使水流均匀扩散,并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形 态. 47L,kq,H,7.5，，127.15,126.31,14.21ｍ，取15m． P12 3,,，，ms,m——消力池出口处单宽流量； q ——上下游水位差； ,H ——经验系数． k 3.2.3防冲槽设计 海漫末端水流仍具有一定的冲刷能力,渠床仍难免遭受冲刷,危及海漫等结构的安全.为此,接着海漫设置一道防冲槽.其作用是当下游渠床形成最终冲刷状态时,保护海漫不遭受破坏.槽中堆放块石,槽顶与海漫末端顶面齐平,采用宽浅式梯形断面, 槽顶与槽底的高程差取1m． 3.3闸室布置 闸室段由基础部分的底板和上部结构如闸墩、闸门、工作桥（还有启闭机）和交 通桥等几个部分组成. 3.3.1底板 H水闸底板顺水流方向宽度取2.5=2.5m，同时还应满足闸墩、闸，3.65,9.125上 门、工作桥和交通桥等上部结构布置的需要，工作桥顺水流方向长度为4.35m，交通桥顺水流方向长度为5.50m，则取水闸底板顺水流方向长度为11.35m，闸墩厚度设为1m，底板宽度为10m，底板厚度取1.5m，上下游设置齿墙， 3.3.2闸门 11 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 采用小型平面滚轮钢闸门，根据闸室结构布置需要，并照顾到合力尽量接近底板 中心的条件，检修闸门位于距离上游端2.15m，工作闸门位于距离上游端3.55m．门槽设在闸墩水流较平顺的部位,深度为0.3m. 3.3.2.1闸墩 闸墩顶部高程根据泄洪需要定为129.00m，工作桥顶部高程定为134.05m，以便于闸门能从闸孔中取出检修；交通桥位于闸门下游侧，原可设置在较低位置上，但考 虑到水闸两侧坝上公路接线的需要，仍将交通桥面置于同闸墩、大坝同高的位置. 为使过闸水流平顺，闸墩两端作成半圆形，闸墩两侧设有工作门槽和上游检修门 槽．拟定工作门槽和检修门槽宽0.4m，深0.3m，门槽颈部厚度采用0.4m，故闸墩总厚度为m. 0.4，2，0.3,1 3.3.3工作桥及交通桥 工作桥设在水闸的上游一侧,宽度定为4.35m，交通桥设在水闸下游一侧,为满足通车要求按单车道净宽4.5m考虑，两侧各设0.5m宽的安全带，总宽为5.5m，钢筋混凝土板桥厚0.4m，各种桥的两侧均设有1.10m高的钢筋混凝土栏杆，以策安全． 3.4防渗排水设计 3.4.1渗流计算 设计洪水位时期，上游设计洪水位126.70m时，m，渗径系数，,H,3.20C,5.0最小防渗长度为： ｍ． L,C,,H,5，3.20,16 地下轮廓不透水部分的实际长度为： L＝1.3，0.5，0.7，8.0，0.7，0.5，0.2，0.5，0.7，9.35，0.7，0.5，0.5，0.5，2.81,27.46实 m＞m． L,16 12 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 防渗长度满足要求 校核洪水位时期，上游校核洪水位127.15时，上游水位m,渗径系数,H,3.65 ，最小防渗长度为： C,5.0 ,m． L,C,,H,5.0，3.65,18.25 ,L,27.46m＞m． L,18.25实 防渗长度满足要求，故不需要设置板桩． ——水闸的防渗长度,即闸基轮廓线水平段和垂直段长度的总和,m; L ——上、下游水位差, m; ,H ——允许渗径系数,依地基土的性质而定.见表3-1. C 表3-1允许渗径系数值 地基类别 排水粗砾轻粉 中砾、砂壤条件 粉砂 细砂 中砂 粗砂 夹卵质砂壤土 粘土 细砾 土 石 壤土 有反3～ 13～9 9～7 7～5 5～4 4～3 11～7 9～5 5～3 3～2 滤层 2.5 3.4.2防渗排水设施 水闸的地下轮廓可依地基情况,按照防渗与排水相结合的原则.防渗设施主要有设置在上游紧靠闸室的钢筋混凝土铺盖和底板下构成地下轮廓的齿墙。上游端齿墙的作 用是降低作用在底板上的渗透压力，下游端齿墙是减小出逸坡降，有助于防止地基土 产生渗透变形。齿墙深度取0.5m．排水设施是指铺设在护坦、干砌石海漫底部或闸 13 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 底板下游段起导渗作用的砂砾石层，降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增 加下游的稳定性。在消力池护坦和翼墙上距闸室3m处设置第一个水平和竖直排水孔， 孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花状布置。 3.4.3止水设施 垂直止水设在闸墩中间、翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；水平止水设在消力池与 底板温度沉陷缝、翼墙和消力池本身的温度沉降缝内。牛毛沟泄洪闸采用橡胶止水,采用水工橡胶止水,型号为651或652型,在浇筑混凝土前绑牢,以保证位置的准确性. 橡胶止水的物理力学指标如下: 3gcma.比重1.4～1.5 b.新胶含量60％ 2kgcm,c.极限抗拉强度=140～180 d.肖氏硬度HS=50～60 e.延伸率～560％ ,,460 f.弹性模量与硬度关系（表3-2） 表3-2弹性模量与硬度关系 2肖氏硬度HS 弹性模量的平均值（kgcm） 压缩时 剪切时 50～60 32.4～38 8.3～9.5 g.在-40?～+40?温度下工作不发生冻裂或硬化 4.闸室稳定计算 14 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 闸室稳定计算应满足以下几项要求:?各种计算情况下闸室平均基底压力不得超 过地基容许承载力,以保证地基土的稳定性；?基底压力最大值与最小值之比（即基 底压力分布不均匀系数）不得大于规定的容许值,以免产生过大的不均匀沉降；?水闸运用时期,无论是验算表层抗滑稳定性；还是校核深层抗滑稳定性,其抗滑稳定安全 系数不得小于规定的容许值. 4.1闸室基底压力计算 在各种计算情况中,完建时期求得的基底压力值最大,是控制地基稳定的主要情况.但是基底压力分布不均匀系数值,则各种计算情况均有所不同,故其他情况下的, 基底压力仍须计算. 4.1.1完建无水情况下荷载组合 完建情况下荷载主要是水闸底板及其上部结构的自重，钢筋混凝土采用 3KNm25，完建情况的荷载分布见图4-1；荷载计算见表4-1。 1G G2 129.00 G3 G5G6 124.00 G4 B 图4-1完建无水期荷载图 15 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 荷载及其力矩的计算结果列表如下: 表4-1 完建情况下作用荷载和力矩计算表 对上游端B点（m）求矩 ,122.0 （） 力矩KN,m部位 重力（kN） 力臂（ｍ） 备注 ? ? 底版及闸 6810.22 5.675 38647.998 墩 528 8.15 4303.2 交通桥 359.784 3.125 1124.325 工作桥 （１）重力计检修闸门算式丛略； 64.68 2.15 139.062 及埋件 （２）启闭机工作闸门 64.68 4.05 261.954 重力包括混及埋件 凝土机墩重检修闸门 9.8 2.15 42.14 力． 的启闭机 工作闸门 9.8 4.05 79.38 的启闭机 7846.964 44598.059 合计 MB11.3544598.059,Bｍ（偏向下游） ,,,,,,0.008e2G27846.964, G，6e7846.96460.008,,,,, ,,,,p11,,,,max，AB1011.3511.35min,,,, p,69.417kpa max p,68.863kpa min 16 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 p，p69.417，68.863maxmin＜,,＝140 p,,,69.14Rkpakpa22 69.417pmax,,,,,,1.008,,,2.0， 68.863pmin 满足要求． e——偏心距；m ——底版顺水流方向的宽度；m B p——最大基底压力；kpa max p——最小基底压力；kpa min ——基底压力不均匀系数． , 4.1.2设计洪水位情况荷载组合 17 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 129.00 127.00126.70 P124.001123.00 P3122.20P2 Gu1 Gu2 图4-2 设计洪水位情况下荷载图 设计洪水位情况下荷载主要有闸室自重、水重力、上游水压力、浮托力和渗透压 3KNm力. 钢筋混凝土采用25，设计洪水位情况下的荷载分布见图4-2；荷载计算见 表4-2。 先计算上、下游水压力、浮托力和渗透压力，然后列表计算各项荷载及其力矩， 最后算出偏心距和基底压力． ? 上游水压力：底版上游设有混凝土铺盖，铺盖与底版之间的缝中采用水工 橡胶止水，位于高程123.00ｍ处．当上游橡胶止水破坏时，上游水压力和扬压力均最 大，此时情况最不利．因此按此时的荷载组合进行计算： 12P,，9.81，4.5，10,993.263 kN12 ? 浮托力： 18 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 1，，，，，，，，G,36.5,16.9，11.35,9.35，10.35，36.5,31.6，10,1741.9 kNu1,,2，， ? 渗透压力： 1 G,，9.6，11.35，10,544.8kNu22 表4-2设计洪水情况下作用荷载和力矩计算表 对上游端点B点求矩 竖直力（） 水平力（） ） kNkNKN,m力矩（ 力臂（荷载名称 ｍ） ? ? ? ? ? ? 44598.059 7846.964闸室自重 993.263 1.5 1489.8945 上游水压力 1741.9 5.675 9885.2825 浮托力 渗透压力 544.8 3.78 2059.344 水重力 564.17 1.775 1001.4017 8411.134 2286.7 993.263 47089.355 11944.627 合计 6124.434 993.263 35144.728 MB11.3535144.728,Bm（偏向下游） ,,,,,,0.063e2G26124.434, G，6e6124.43460.063,,,,, ,,,,p11,,,,max，AB1011.3511.35min,,,, p,55.741kpa max p,52.179kpa min 19 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 p，p55.741，52.179maxmin p,,,53.96kpa22 p55.741max,,,,1.068,,＜,,2.0， p52.179min 满足要求． 4.2 抗滑稳定验算 fG0.25，6124.434,,,K,1.25＞ ,,,1.541KccH993.263, 满足抗滑稳定要求． K——计算抗滑稳定安全系数； c f——闸基底面与地基土之间的磨擦系数； ——作用于闸室上的全部水平向荷载之和； HkN, ——作用于闸室上的全部竖向荷载之和． GkN, 5.侧墙稳定计算 侧墙也是挡土墙,它不但具有挡土作用,而且还兼有挡水、导水和侧向防渗等多 种功能.侧墙的稳定直接威胁到下游建筑的安全.挡土墙采用钢筋混凝土结构,除应满 足强度和抗裂要求外,还应根据工作条件、地区气候和环境等情况,分别满足抗渗、抗冻等要求. 在各种计算情况中,侧墙在建成无水情况下的荷载组合最不利,是控制侧墙稳定的主要情况. 20 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 3kNm取m进行计算，地下水位123.5m,取当地土进行回填，土重度，,,19B,1 内摩擦角?. ,,30 5.1地基处理 水工挡土墙常常会遇到疏松的砂性土或软弱的粘性土地基,需进行一定的处理, 方可作为挡土墙的持力层.土质地基的处理很多,常用的有强力夯实、换土垫层、置换及搅拌、振冲挤密、桩基础、沉井基础等.牛毛沟泄洪闸采用强力夯实法.抗冻措施采用挡土墙双向铺设保温层各10cm.保温层材料选用聚苯乙烯板. 5.1.1地基处理的目的 地基处理的目的主要有以下三个方面:一是增加地基的承载能力；二是提高地基 的稳定性；三是减小或消除地基的有害沉降,防止地基渗透变形. 5.2建成无水情况，基底压力计算 取泄槽的横断面，其两侧采用半重力式挡土墙，墙身全部为混凝土。选择断C15面的1m长度进行稳定计算，基本尺寸及荷载作用图见图5-1： 自重： G,0.3，3.81，1，24,27.432 kN1 1G,，0.9，3.81，1，24,41.148 kN22 G,5.815，1.2，1，24,167.472 kN3 土重： 1G,，0.78，3.31，19,24.53 kN42 21 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 G,0.12，3.31，19,7.55 kN5 1 G,，0.12，0.5，9,0.27kN62 水平土压力： 采用朗肯主动土压力公式计算,公式如下: 12 P,,HKa2 ,,,32,K,tan45,= ,,a23,, 式中 —作用于墙背的 土压力，其作用点距墙底1/3墙高处，kN/m； P 3kNm —墙后回填土重度，； , —墙高，m； H K —主动土压力系数； a ,—墙后回填土的内摩擦角，度。 132P,，19，3.31，,60.09 kN123 3P,19，3.31，1.7，,61.726 kN23 132P,，9，1.7，,7.508 kN323 水平水压力： 22 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 12 P,，10，1.7,14.45kN42 浮托力： G,1.7，10，5.815，1,98.855 kNu1 127.81 G4 G5G11P 123.50G2123.00G6P2P4 P3G3B 图5-1侧墙建成无水情况下荷载分布图 23 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 表5-1建成无水情况下作用荷载和力矩计算表 对上游端B点求矩 ） 水平力（） ） 垂直力（力矩（kNkNkN,m m荷载名称 力臂（） ? ? ? ? ? ? G 27.432 1.05 28.804 1 G 41.148 0.6 24.689 自重 2 G 167.472 2.91 487.344 3 G 24.53 0.38 9.321 4 G 7.55 0.06 0.453 土重 5 G 0.27 0.04 0.016 6 P 60.09 2.803 168.432 1 土压 P 61.726 0.85 52.467 2力 P 7.508 0.567 4.257 3 水压 P 14.45 0.567 8.193 4力 98.855 2.908 287.47 浮托力 268.402 98.855 143.774 287.47 783.976 合计 169.547? 143.774? 496.506? MB5.815496.506,Bm（偏向下游） ,,,,,,0.02e2G2169.547, 24 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 G，6e169.54760.02,,,,, ,,,,p11,,,,max，AB5.81515.815min,,,, p,29.769 kpamax p,28.545 kpamin p，p29.769，28.545maxminp,,,29.157 kpa22 p29.769max,,,,1.043,,,,2.0＜， p28.545min 满足要求． e——偏心距m； ——底版顺水流方向的宽度m； B p——最大基底压力kpa； max p——最小基底压力kpa； min ——基底压力不均匀系数． , 5.3侧墙抗倾计算 挡土墙作为一种挡土结构,在倾覆力矩下,有可能向倾覆荷载作用方向倾倒.为此, 挡土墙必须进行抗倾覆稳定安全性的验算,计算挡土墙抗倾覆稳定安全系数应大于容许值. GeGyGyGyGyGyGy,,，，，，，,27.432，2.0075，,112233445566 41.148，2.3075，167.472，0，24.53，2.5275，7.55，2.7875，0.27，2.8675 25 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 m e,0.871 y2.9075,,K,1.5> K,,,3.33800e0.871 满足抗倾要求. K——抗倾覆稳定安全系数; 0 ——基底截面形心至基底最大受压边缘的距离m; y e——合力的竖向分力对基底截面形心的偏心距m; ,,,,KK,1.5——抗倾覆稳定安全系数允许值,一般挡土墙基础取. 00 26 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 结 论 毕业设计是对我们在大学期间所学知识的概括和总结,不仅是检验我们对所学知 识的掌握程度,同时也是检验我们提出问,问题,解决问题的能力,促进创新意识. 通过本次设计,使我们更深刻地掌握了所学的各们专业知识,并把土力学、结构力学、水力学、钢筋混凝土结构学、水工建筑物等专业知识系统地联系起来.因此,这次设计不仅是一次复习的过程,也是一次复习的过程.本次设计对Auto CAD、office 等办公软件应用的灵活性提出了更高的要求,使我们学到很多新的知识. 27 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 参考文献 （1）Dl/T5082-1998.水工建筑物抗冰冻设计规范[S].北京.中国电力出版社，徐伯孟，1998 （2）SL 274-2001.碾压式土石坝设计规范[S].北京.中国水利水电出版社，2001 （3）SL/T191-96.水工混凝土结构设计规范[S].北京.中国水利水电出版社.干城，1997 （4）SL265-2001.水闸设计规范[S].北京. 中国水利水电出版.陈登毅，2001 （5）DL 5077-1997.水工建筑物荷载设计规范[S].中国水利水电出版社.梁文浩,1998 （6）SL 203-97.水工建筑物抗震设计规范[S]. 中国水利水电出版社.陈厚群,1998 （7）SL253-2000.溢洪道设计规范[S]. 中国水利水电出版社,郭竟章，2000 （8）《水工建筑物》. 中国水利水电出版社.林继镛,2006 （9）《涵洞》水利电力出版社.管枫年.1989 28 南引水库牛毛沟水库泄洪闸设计 致 谢 经过一学期的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业 设计,由于经验匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有陈继华老师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象. 在这里首先要感谢我的导师陈继华老师.陈老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从修改、中期检查、后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的 指导.除了敬佩陈老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学 习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作. 其次要感谢和我一起作毕业设计的同窗们,他们在本次设计中给予我很大的支持.帮助我克服了许多困难来完成这次设计.在作设计的日子里,我们朝夕相处,如果没有他们的帮助,这次设计的完成将变得非常困难. 然后还要感谢大学四年来所有的老师,他们不仅仅为我们打下水利工程专业知识 的基础,而且教给我们做人的道理;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励,这次毕业设计才会顺利完成. 最后感谢水利电力学院和我的母校——黑龙江大学四年来对我的大力栽培.祝老师们身体健康,同学们学业有成,水利电力学院明天更美好. 29